Nuevos datos de Planck sobre el fondo cósmico de microondas

Por Francisco R. Villatoro, el 1 diciembre, 2014. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Planck • Science ✎ 12

Dibujo20141201 Reno Mandolesi - planck results - new preliminary CMB maps - chiaradimizio

Perdón, los datos de esta entrada están extraídos de tuits y de la web del CNRS. El hermetismo de la ESA no permite más. Esta mañana en la conferencia Planck 2014, Ferrara, Italia, se han presentado datos cosmológicos interesantes, pero lo más esperado aún sigue velado.

Los datos más deseados del telescopio espacial Planck de la ESA son los mapas de polarización del fondo cósmico de microondas a las frecuencias relevantes para la búsqueda de los modos B, mapas HFI a 100, 143 y 217 GHz, y mapas LFI a 30, 44 y 70 GHz. Estos mapas aún no se han publicado (parece que todavía se está trabajando en ellos). El 22 de diciembre se desvelarán nuevos datos, pero no sabemos aún si todos los que deseamos conocer (quizás haya que esperar a 2015).

En mi opinión, lo más importante es que se han corregido ciertos errores sistemáticos en el análisis de los datos de Planck que han permitido reducir la tensión con los datos de WMAP9/ACT, que ahora sólo difieren en un 0,3% entre sí. Este fue el tema de mi charla Naukas Bilbao 2013.

La fuente de las figuras de esta entrada con datos son Twitter y «Planck : nouvelles révélations sur la matière noire et les neutrinos fossiles,» CNRS, 01 Dec 2014. Los miembros franceses de la colaboración han liberado algunas imágenes interesantes en «Planck révèle l’invisible,» 01 Dec 2014.

Dibujo20141130 cmb planck 2014 - esa planck cnrs fr

 

Esta es la nueva imagen del fondo cósmico de microondas gracias a Planck 2014.

Dibujo20141130 carte-temperature-rayonnement-fossile - esa planck cnrs fr

Mapas del efecto Sunyaev-Zeldovich (interacción entre los fotones del fondo cósmico de microondas y los electrones calientes en los supercúmulos galácticos). A la izquierda el hemisferio norte galáctico y a la derecha el hemisferio sur.

Dibujo20141201 planck results - insu cnrs fr

Estas figuras comparan los resultados de Planck con las predicciones teóricas. Muestran la gran precisión alcanzada para multipolos por encima de 30 (en las figuras de abajo para TE y EE se ha cortado en dicho valor). Por debajo de 30 los multipolos tienen gran dispersión (debido a errores sistemáticos que será difícil reducir). Los datos de los modos E permiten estimar los modos B debidos al efecto de lente gravitacional de la materia.

LS_HFIfig_temp.dvi

Los resultados de Planck para modos B debidos a lentes gravitacionales son comparables a los de SPT 2013, BICEP2 2014 y Polarbear 2014, como muestra esta imagen. No se deben confundir estos modos B espúreos con los modos B cosmológicos de origen inflacionario. Los datos correspondientes no han sido publicados y estas figuras parecen indicar que va a ser muy difícil observarlos.

Camemberts-resultats 2014

Por fortuna los miembros franceses de Planck han publicado «Planck éclaire la matière noire : combien, quoi, où,» 01 Dec 2014. La materia ordinaria constituye el (4,92 ± 0,03)% del universo, y la materia (bariónica más oscura) constituye el (31,6 ± 0,9)%. Estas tartas de contenido del universo han de ser tomadas con cuidado, pues aún se trata de resultados preliminares.

Pocos datos cosmológicos detallados se han publicado en Twitter. Destacaré que el nuevo valor de la constante de Hubble es H0=68,3. Además, el mapa de la polarización a 353 GHz permite estimar el valor de τ =0,071 ± 0,013 (una sigma por debajo del valor τ = 0,085 obtenido por WMAP9, que fue usado en el análisis de los resultados de Planck 2013, que recuerdo a todos que eran resultados Planck+WP y que ahora podrán ser sólo resultados Planck).

Las anisotropías del fondo cósmico de microondas siguen una distribución gaussiana, con una pequeña componente no gaussiana debida a la inflación cósmica. Los nuevos límites para dicha componente, según Twitter, son similares a los observados en los resultados de Planck 2013. Tampoco han desaparecido las anomalías para multipolos bajos y la asociada a la mancha fría, que según Twitter no cambian de forma apreciable (no he visto ninguna figura con los detalles).

Dibujo20141130 dark matter - planck exclusion as function mass - esa planck cnrs fr

La aniquilación de la materia oscura produce radiación, lo que cambia la proporción entre la materia y la radiación en el universo. Por tanto, afecta a la evolución del universo y deja una señal cosmológica en el fondo cósmico de microondas. Gracias a ello Planck puede ofrecer un mapa de exclusión de la materia oscura en función de su masa. Lo más interesante es que excluye la región de interés para AMS-02 (en la ISS, Estación Espacial Internacional), PAMELA y parte de los de Fermi (NASA), la famosa línea a 130 GeV. Gran parte de los modelos de materia oscura basados en el exceso de positrones observado por Fermi, AMS-02  y PAMELA se pueden descartar. Aunque todavía no se excluyen todos los indicios observados por el telescopio Fermi (la asociada a excesos a 30 GeV).

En esta figura se muestra, en función de la masa de la partícula de materia oscura (mχ), la sección eficaz de aniquilación durante la época de recombinación (promediada térmicamente), es decir, <σv>*feff, where <σv>, donde feff ~ 0,2 es la eficiencia de absorción. Recuerda que para una partícula WIMP con masa ~10 GeV se estima <σv> = 3 × 10–26 cm³/s. Por tanto, los nuevos datos de Planck excluyen partículas WIMP con masa menor de unos ~10 GeV. Un resultado muy interesante en el contexto de los modelos de materia oscura. Más información en este tema en Tracy R. Slatyer et al., «CMB Constraints on WIMP Annihilation: Energy Absorption During the Recombination Epoch,» Phys. Rev. D 80: 043526, 2009; arXiv:0906.1197 [astro-ph.CO].

Los datos cosmológicos nos permiten estimar el número Neff y la suma total de la masa ∑m de las partículas ultrarrelativistas (partículas de baja masa que se mueven a casi la velocidad de la luz en el vacío) que están en equilibrio témico. Las únicas partículas de este tipo que conocemos son los neutrinos. Por ello se suele decir que Neff y ∑m son observables cosmológicos para los neutrinos.

Dibujo20141201 contrainte-lien-nombre-espace-neutrino - esa planck fr

Los nuevos datos de Planck indican que el número de especies de neutrinos es 2,98 ± 0,20, y combinando Planck2014+BAO es 3,04 ± 0,18, valores que son compatibles con el resultado del modelo estándar (LEP2 estimó 3,046). Por tanto, se descartan los neutrinos estériles (ligeros, es decir, que estén termalizados, los muy pesados no se pueden descartar).

Dibujo20141201 contrainte-lien-somme-masse-neutrinos - esa planck fr

Se ha presentado un nuevo límite superior para la suma de la masa de todos los neutrinos ∑m < 0,23 eV, pero no se ha obtenido un límite inferior (algo que todos los físicos esperábamos que Planck fuera capaz de determinar). Para saber más sobre los neutrinos recomiendo leer «Ce que Planck dit des neutrinos,» 01 Dec 2014.

Siento no poder contar mucho más. En el palacio de Ferrara donde se celebra la conferencia Planck 2014 no hay wifi, lo que ha reducido el número de personas que están tuiteando los resultados.

Además, el prometido vídeo streaming a través de youtube ha sido cancelado. Ni siquiera para la rueda de prensa, de la que sólo se han publicado unas pocas fotos en Twitter. Una pena, pero la ESA es así y tenemos que aceptarlo ( somos europeos y la financia nuestro dinero).

Coda final. Los nuevos datos de Planck nos dejan estas bonitas imágenes de extractos del mapa de polarización a 353 GHz. En las imágenes de abajo los colores muestran la emisión polarizada debida al polvo galáctico y el relieve muestra las líneas de campo magnético galáctico. Unas bellas imágenes que parecen cuadros impresionistas que han sido liberadas por los miembros franceses de la colaboración Planck.

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12 Comentarios

  1. Francis haces un trabajo fantástico 🙂 mucho más tomando en cuenta que el post está basando sólo en Tuits de verdad muchos estamos agradecidos.

    Que interesante la reducción de la discrepancia de Planck y Wmap9.

    Desde que apareció la anomalía del punto frío eridanus he visto que muchos se decían escépticos y es curioso que aún no desaparezca. Inutivamente el «eje del mal» tiene casualidades que hacen pensar que es espurio (su alineación) pero la verdad no sé si haya algo que sugiera la no existencia del «punto frío» (Sería un universo «malévolo» si se desvía de ser FRWL de esa manera jejeje)

    Francis ¿Podrías darme alguna recomendación para comprender mejor los análisis de Planck? Tengo conocimientos muy básicos de cosmología y astrofísica (sólo he tomado un curso de cada una a nivel licenciatura llevando los textos «Introduction to cosmology» Bárbara Ryden y Astrophysical concepts de Harwit ) y me gustaría mucho poder comprender un poco más sobre los parámetros y el CMB. agradecería mucho alguna recomendación

    1. Ramiro, para entender la polarización del fondo cósmico de microondas y lo que Planck puede aportar el mejor libro que conozco es
      Ruth Durrer, «The Cosmic Microwave Background,» Cambridge University Press, 2008.
      Qué es el CMB, cómo se produce, cómo se observa, qué es su polarización, qué parámetros cosmológicos permite obtener, qué son los modos B, etc. Un libro fácil de leer que te lo explica todo.

  2. No sé qué me parece más tremendo, si el trabajazo de componer la entrada a base de retales, o que haya tenido que ser así porque en pleno siglo XXI se gestione la comunicación del evento como se haría en el XXI a.C.

    Cuando dices: «Estos mapas aún no se han publicado (parece que todavía se está trabajando en ellos).», ¿qué clase de postproceso se lleva a cabo con esos mapas? ¿Eliminación de ruido de fuentes conocidas? ¿Análisis de zonas que diverjan con resultados previos para poder «avisarlas» o «explicarlas» mejor luego?

  3. En mi opinión la colaboración Planck está dando una imagen penosa tanto a la comunidad científica como a la comunidad general (que como dice Francis es la que paga el proyecto con los impuestos).
    El tremendo secretismo, el retraso en el proceso de los datos, la penosa planificación en las conferencias, la falta de colaboración con otros grupos científicos… todo un ejemplo de lo que no debe hacerse en Ciencia. Ahora en Ferrara eligen una zona sin Wifi para dificultar la comunicación, cancelan a última hora la conferencia de prensa y el streaming… ¿De que co***** tienen miedo? ¿De que les quiten el premio nobel? ¿De que alguien escanee sus trasparencias como paso con BICEP2? ¿Es que es esto un delito? Me parece vergonzoso que en el año 2014 la gente tenga que enterarse a través de tweets medio cortados de lo que se habla en una conferencia científica donde se exponen los datos más esperados del año y que además pertenecen a una institución PÚBLICA que todos pagamos con nuestros impuestos.
    Por supuesto que siempre existen dificultades y retrasos, nadie dice que su trabajo sea fácil pero desde luego no es esta la forma de gestionarlos.

  4. Sobre los pocos datos nuevos que se han conocido y como dice arriba Ramiro es curioso que se mantenga el «eje del mal» y las zonas frías en los datos grabados. Probablemente signifique que no conocemos bien los patrones de emisión galáctica pero, quien sabe, podría ser algo más gordo.
    Lo más importante será la confirmación de los modos B primordiales, la estimación del parámetro r, los mapas mejorados sobre la búsqueda de materia oscura y conocer si es posible estimar la cantidad de polvo que hay en la zona observable por BICEP2.
    Cosas más exóticas como cuerdas cósmicas o choques entre burbujas inflacionarias son poco probables aunque quien sabe 😀

  5. Ahora los rumores dicen que el paper fruto de la colaboración entre Planck y BICEP2 no ha detectado ninguna señal de ondas gravitatorias ni modos B primordiales, solo impondrían una cota superior:
    http://news.sciencemag.org/physics/2014/12/study-big-bang-s-afterglow-sheds-light-evolution-universe
    Si esto es cierto todo indicaría que el mayor descubrimiento cosmológico de los últimos tiempos acabaría directamente en una papelera llena de polvo. A veces nuestro ansia de nuevos conocimientos nos conduce a ser demasiado optimistas, de todas formas esperemos a ver que pasa, por otro lado, la mayoría de personas del mundo nunca han oído hablar de BICEP2.

    1. Planck, ¿dónde están los rumores que dicen eso? Cho dice que ciertos cosmólogos sospechan, pero no habla de rumores desde dentro (de hecho, muchos cosmólogos prefieren r0,05, pero para r0,1 no debería generar problemas en los análisis de Planck. Si se interpretan los retrasos como que r<0,1, entonces sólo habrá información si 0,05<r<0,1 y con pocas sigmas en los datos Planck Results 2014. Llegar a 5 sigmas será muy difícil con r ~ 0,05 (y sería muy fácil si r ~ 0,2).

      1. Cierto Francis, perdón, se trata de una especulación de los cosmólogos no de un rumor (creí haber leído la palabra rumor) tengo que leer más despacio. Veremos en que acaba todo aunque no pinta nada bien para BICEP2.

  6. Buenas tardes y de paso gracias por el trabajo de divulgación que realizas Francis.

    Hace tienmpo que tengo una duda básica. ¿Porque todas las polarizaciones mostradas sobre el CMB son liniales? Al principio pensé que era porque no hay manera de conocer la fase relativa entre las dos componentes (Ex e Ey) de la luz, y por tanto, solo se podia conocer el angulo del eje mayor de la elipse de polarización (\theta=atan (E_y/E_x)). Pero enseguida me di cuenta que eso solo daría angulos en el primer i segundo cuadrante al desconocer los signos de Ex y Ey, mientras que en los mapas se ven todos los angulos (0-2\pi) ya que de hecho es algo primordial para analizar los modos B y E. Así que mi duda sigue ahí. Podrías arrojar algo de luz a mi duda?

    Muchas gracias. Saludos! David.

    1. David, te refieres a por qué no hay polarización circular. La razón es que el origen del CMB es el scattering de Thomson que sólo puede polarizar linealmente (recuerda que Thomson es la aproximación a baja energía del scattering de Compton, que puede polarizar circularmente). La componente de polarización circular en el CMB es unos cinco órdenes de magnitud más pequeña que la polarización lineal, por ello no podemos observarla. Todo esto lo conté brevemente en mi charla Naukas Bilbao 2014 y en varios post sobre BICEP2 en este blog antes del verano (búscalos si quieres más detalles).

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Por Francisco R. Villatoro, publicado el 1 diciembre, 2014
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